华中科技大学《模拟电子技术基础》——CH07-1

+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
ID2=IO EF
两臂电流互相相等。 称为电流源是因为工作在饱和区
-VSS
iD2=iO ID2 1 斜率＝ ro 击穿
2.为什么采用这样的结构？
用T1管为T2提供稳定的VGS电压使 T2管工作在饱和区。
Rd ID2=IO + VDS2 -
(VGS2 VTN2 )2 ID2 (W2 / L2 )Kn2 (VGS1 VTN1 )2 IREF (W1 / L1 )Kn1
-VSS
iD2=iO 1 斜率＝ ro 击穿
IO I D2 W2 / L2 I REF I D1 W1 / L1
I B 2 rce
i C 2 1 ro ( ) vCE 2
R c1 T1
2IB c2 b1 b2
IC1
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
一般ro在几百千欧以上
－VEE
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
其他形式
＋VCC IREF IC1 T1 R c1
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可用范围
0
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
I O I D2 I REF VDD VSS VGS R
2
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2 d2
Rd ID2=IO ID2=IO + VDS2 -
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有源负载---加电源工作时才产生电阻效应
具体反映为电流恒流
4
IC(mA )
比较直流电阻，如果电压 变化时，通过的电流会有较 大变化！ 结论：用三端器件可替代 大的电阻 三端器件如何使用？
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
让三端器件工作在放大区（饱和区） 如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？
ro rds4 rds2 (1 gmrds4 ) gmrds4 rds2
IREF d4 ID3 (W/L)3 T 3 ID1 g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 － ID2 ID4=IO T4 (W/L) VDD ro
需要注意，T4漏极接负载构
4
成回路后，需要满足
VDS4 VGS4 VTN4
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主要内容 · 集成电路运算放大器中的电流源 · 差分式放大电路 · 集成电路运算放大器 · 集成运放应用中的实际问题 学时数 7
7
主要内容
集成电路内部的工作原理和外部的主要技术参数。 第一部分：为了分析集成电路运算放大器内部如何工 作，首先分析集成电路运算放大器内部采用的一些专 门电路，包括电流源电路和差分式放大电路。 第二部分以两个集成运算放大电路内部电路为例，分 析它们内部的工作原理。 第三部分介绍集成运放的技术参数和参数对构成电路 时产生的影响。
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模拟集成电路的结构特点：
元件参数一致性好，适合对称式结构电路。 集成度高，允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面的性能。 MOS器件体积小，功耗低，输入阻抗高，工艺简单，成本 低—被广泛采用 为克服直接耦合电路的温漂，采用差动放大电路。 集成运放的偏置电流通常较小，以降低电路的功耗。 采用复合管提高性能。 大量采用BJT或FET构成恒流源，代替大电阻。 不能制作大电容，电路结构只能采用直接耦合方式
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目前模拟电子电路应用概况： •低压小功率：集成电路已经完全取代分立 元件电路。 •低压电和大功率电路方面：集成电路和分立 元件混合应用。 •高压大电流仍需使用分立元件。
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7.1 模拟集成电路中的 直流偏置技术
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
2. MOSFET多路电流源
vD －VSS (a) |VTP| (b) VBR
S
1 ro I DSS
耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1 I REF I E2 = I E1
IREF IC1 T1 ＋VCC R c1
除宽长比外， T0~T3特性相同， T4、T5特性相同
I2 (W / L)2 I REF (W / L)1
I3
I5
(W / L)3 I REF (W / L)1
(W / L)5 (W / L)5 I4 I3 (W / L)4 (W / L)4 (W / L)5 (W / L)3 I REF (W / L)4 (W / L)1
为各级提供合适的静态电流 做为有源负载替代高阻值动态电阻
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
T1、T2的参数全同 只要满足 VGS > VTN 必有 VDS1 > VGS-VTN T1一定工作在饱和区 又因为 VGS2 = VGS1 = VGS
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
＋VCC
2IB c2 b1 b2
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
T1 IC1 IREF R －VEE 2 IB
T2 iC2
－VEE
NPN镜像电流源（电流阱）
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PNP镜像电流源
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镜像电流源的缺陷： （1）若Ic1较大，R上的功耗就会大，对集成电路来说， 空间很小，发热不易散发。 （2）若要求Ic1较小，R就必须大，对集成电路来说， 很难做大电阻。 因此，需要改进电路。。。。。。
(认出来） （小重点）
（小重点）
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7.0 模拟集成电路简介
什么是集成电路？
•将大量晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等电路 元件及其导电线路集成在很小的半导体单晶硅片上 •构成特定功能的电子电路
•最初多用于各种模拟信号的运算（比例、求和差、积分、微 分。。。）故称运算放大器
不是所有的器件都能集成不能集成的，外接或替代
例4.4.2
(W/L)1
T1
T1
T2 (W/L)
2
vt 1 Ro rds 1 Rs gm id r ds
－ VSS
rds4
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rds2
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7.1.1 FET电流源电路
3. 组合电流源
＋VDD ID0＝IREF d0 T0 g0 ＋ ＋VGS0 － T1 g1 NMOS I2 d2 d3 T2 g2 ＋ NMOS ＋ VGS1 VGS2 － － I3 g3 T3 NMOS ＋ VGS3 － － VGS4 s4 ＋ g4 T4 d4 I4 PMOS d5 － VGS5 g5 ＋ s5 T5 I5
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如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？ 合理偏置三端器件输入端电 压（电流），使其工作在放大 区（饱和区） 三端器件构成的有源负 载应该有什么样的要求？ 输出电流稳定 输出电流大小可调整 输出电阻大小可调整
IC(mA )
4
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
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集成电路中恒流源的作用：
2
＋VDD IREF T3 + ID2＝IO VGS3 T2 + VGS －VSS
T1
只要满足 VDD VSS 2VTN T1~T3便可工作在饱和区 输出电流为
I D2 Kn (VGS VTN )2
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7.1.1 FET电流源电路
2. 串级镜像电流源
动态电阻更大，恒流特性更好
T1
-VSS
iD2=iO ID2
-VSS
1 斜率＝ ro 击穿
可用范围
电流源是双口网络还是单口网络？
0
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VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
当器件具有不同的宽长比时
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
（=0）
ID2 可用范围
！用器件的宽长比调节电流
0
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VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同 由于 I D1 I D3 I REF Kn (VGS VTN ) 所以
VGS3 VGS 1 (VDD VSS ) 2
－VSS
需保证所有管子工作在饱和区
用宽长比调节电流大小
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7.1.1 FET电流源电路
4. JFET电流源
JFET是耗尽型
管，所以VGS=0 时工作在饱和 区
iD I O I DSS (1 vDS )
g s d
iD＝IO
iD ro=
1 斜率
+ vDS －
IO 可用范围
3. JFET电流源
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 3. 高输出阻抗电流源
2. 微电流源
4. 组合电流源
理解集成电路电流源的工作原理、特性。 掌握电流源的识别、使用和恒流值的计算。